專利名稱：用于電動汽車的電動助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)、裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于汽車轉(zhuǎn)向領(lǐng)域，尤其涉及用于電動汽車的電動助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)、裝置及其方法。
背景技術(shù)：
無論從環(huán)境方面還是從能源角度考慮，現(xiàn)代電動汽車都是未來汽車工業(yè)不二的選擇，它不僅可實(shí)現(xiàn)零排放或極低排放，而且電動汽車?yán)玫氖且环N來源廣泛、對環(huán)境友好的可靠能源-電能。但是，迄今為止，受電動汽車關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展的制約，導(dǎo)致這些成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)項(xiàng)目的并不多。根據(jù)目前的電動汽車技術(shù)發(fā)展來看，在汽車用驅(qū)動電機(jī)技術(shù)與電池技術(shù)等方面還未取得關(guān)鍵性突破，電動汽車的續(xù)航里程問題還沒有得到根本解決。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(Electric Power Steering,縮寫EPS)是一種直接依靠電機(jī)提供輔助扭矩的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)HPS (Hydraulic PowerSteering)相比，EPS系統(tǒng)具有很多優(yōu)點(diǎn)。只在轉(zhuǎn)向時電機(jī)才提供助力，可以顯著降低燃油消耗；轉(zhuǎn)向助力大小可以通過軟件調(diào)整，能夠兼顧低速時的轉(zhuǎn)向輕便性和高速時的操縱穩(wěn)定性，回正性能好。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車上已經(jīng)得到很好地應(yīng)用，說明EPS技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。由于電動汽車取消了發(fā)動機(jī)，所以以發(fā)動機(jī)為動力來源的HPS和改進(jìn)型電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EHPS)都不適用于電動汽車，因此在以電池為能源的電動汽車上應(yīng)用EPS是最優(yōu)的方案。專利“電動汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其轉(zhuǎn)向助力方法”(CN201110108953.6)保護(hù)了電動汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成部分及相互連接關(guān)系，并且說明了各工況下的控制方法；專利“一種電動汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)”(CN201210064816.1)公開了電動汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，其中增加了軸重傳感器，軸重信號與轉(zhuǎn)矩信號和車速信號共同決定助力電動機(jī)的助力轉(zhuǎn)矩大小和方向。專利“一種適用于純電動車汽車的EPS轉(zhuǎn)向助力方法及系統(tǒng)”(CN201110164173.3)提出一種適用于純電動車汽車的EPS轉(zhuǎn)向助力方法，首先把轉(zhuǎn)速脈沖信號轉(zhuǎn)換成CAN總線信號，然后通過一個信號轉(zhuǎn)換模塊將車速CAN信號轉(zhuǎn)換為EPS轉(zhuǎn)向助力控制裝置所需要的車速變頻脈沖模擬信號和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速變頻脈沖模擬信號，控制裝置根據(jù)車速變頻脈沖模擬信號和轉(zhuǎn)矩信號控制EPS電機(jī)精確提供助力。已有專利對電動汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和控制方法進(jìn)行了保護(hù)，但是都沒有提及電動汽車適用的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有的特點(diǎn)及相應(yīng)的控制方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的:構(gòu)建新的電動汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以適應(yīng)電動汽車特有的運(yùn)行特點(diǎn)。由于電動汽車取消了發(fā)動機(jī)，因此以發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號為觸發(fā)信號的傳統(tǒng)電動助力轉(zhuǎn)向EPS系統(tǒng)控制裝置就不能在電動汽車上使用，本發(fā)明所保護(hù)的電動汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以檔位信號為觸發(fā)信號，只有在電動汽車掛入前進(jìn)擋或者倒車檔時，EPS系統(tǒng)控制裝置才會被觸發(fā)，這樣就避免在原地反復(fù)轉(zhuǎn)動方向盤導(dǎo)致輪胎磨損和過多無用地消耗電池電量。本發(fā)明所保護(hù)的電動汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)測電動汽車的電池電量，如果監(jiān)測到電池電量過低，電動助力轉(zhuǎn)向EPS系統(tǒng)控制裝置減小助力電流以保證有更多的電能供驅(qū)動系統(tǒng)使用，增加電動汽車的續(xù)航里程。本發(fā)明提出了一種用于電動汽車的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)向盤、輸入軸、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角傳感器、助力電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、輸出軸、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)、電動助力轉(zhuǎn)向EPS系統(tǒng)控制裝置，其特征在于:
轉(zhuǎn)向盤、輸入軸、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角傳感器、減速機(jī)構(gòu)、輸出軸、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)依次機(jī)械聯(lián)接，助力電機(jī)通過傳動軸與減速機(jī)構(gòu)聯(lián)接，EPS系統(tǒng)控制裝置通過電線與助力電機(jī)相連，EPS系統(tǒng)控制裝置還與轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角傳感器、車速傳感器和電池通過電線聯(lián)接。其中，所述EPS系統(tǒng)控制裝置還與電動汽車的中央控制單元通過CAN總線相連，接收所述電動汽車電池電量信號。其中，所述EPS系統(tǒng)控制裝置接收電動汽車檔位信號。其中，只有在所述電動汽車掛入前進(jìn)擋或者倒車檔時，觸發(fā)所述EPS系統(tǒng)控制裝置。其中，所述EPS系統(tǒng)控制裝置根據(jù)接收到的電池電量信號計(jì)算出助力系數(shù)使助力電機(jī)輸出的助力能隨電池電量的大小而變化。其中，所述電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作時，助力電機(jī)經(jīng)減速機(jī)構(gòu)放大的扭矩與駕駛員施加在轉(zhuǎn)向盤的扭矩共同疊加在轉(zhuǎn)向器上，再經(jīng)傳動機(jī)構(gòu)傳遞到車輪，使車輪按照駕駛員的意愿轉(zhuǎn)向。本發(fā)明還提出了一種用于電動汽車的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制裝置，其包括電源模塊、信號處理模塊、中央控制模塊、CAN模塊、電池電量測量模塊和功率驅(qū)動模塊，EPS系統(tǒng)控制裝置以中央控制模塊為中心，電源模塊、信號調(diào)理模塊、CAN模塊、電池電量測量模塊和功率驅(qū)動模塊分別與之相連接，其特征在于:
電源模塊，用于給所述控制裝置中其他各模塊提供所需的電壓；
信號處理模塊，用于接收檔位信號以及轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)角信號、車速信號，并將處理后的信號傳送給中央控制模塊；
電池電量測量模塊，用于測量所述電動汽車的電池的剩余電量；
功率驅(qū)動模塊，根據(jù)從中央控制模塊的輸出信號，調(diào)整助力電機(jī)的輸出功率。其中，所述中央控制模塊的輸出信號包括根據(jù)上述信號處理模塊處理過的信號判斷轉(zhuǎn)向工況并結(jié)合助力特性輸出目標(biāo)電流值，接著將目標(biāo)電流值與實(shí)際電流值的差值經(jīng)過PID (比例-積分-微分)運(yùn)算得到PWM信號的占空比。本發(fā)明還提出了一種用于電動汽車的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制方法，其包括: 步驟一、進(jìn)行故障檢測，如果檢測到故障，并持續(xù)大于I秒，則結(jié)束，否則向下執(zhí)行步驟
-* ;
步驟二、當(dāng)檢測到檔位信號時，則執(zhí)行步驟三；
步驟三、獲取電動汽車電池的電量信息，如果電量充足，助力電流按照正常的大小計(jì)算，相反如果電量不足，減小助力系數(shù)使助力電流減??；
步驟四、對轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)角、車速信號進(jìn)行處理；
步驟五、根據(jù)上述處理過的信號判斷轉(zhuǎn)向工況并結(jié)合助力特性輸出目標(biāo)電流值，接著將目標(biāo)電流值與實(shí)際電流值的差值經(jīng)過PID運(yùn)算得到PWM信號的占空比，將PWM信號輸入功率驅(qū)動模塊，從而對助力電機(jī)進(jìn)行控制。本發(fā)明的有益效果是:電動汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以檔位信號為觸發(fā)信號，只有在電動汽車掛入前進(jìn)擋或者倒車檔時，EPS系統(tǒng)控制裝置才會被觸發(fā)，這樣就避免在原地反復(fù)轉(zhuǎn)動方向盤導(dǎo)致輪胎磨損和過多無用地消耗電池電量。本發(fā)明所保護(hù)的電動汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)測電動汽車的電池電量，如果監(jiān)測到電池電量過低，電動助力轉(zhuǎn)向EPS系統(tǒng)控制裝置減小助力電流以保證有更多的電能供驅(qū)動系統(tǒng)使用，增加電動汽車的續(xù)航里程。


圖1為電動汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)原理 圖2為電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS系統(tǒng)控制裝置原理 圖3為EPS系統(tǒng)控制裝置程序流程圖。
具體實(shí)施例方式結(jié)合說明書附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明:
首先，參考圖1，圖中:1-轉(zhuǎn)向盤，2-輸入軸，3-轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)角傳感器，4-助力電機(jī)，5-減速機(jī)構(gòu)，6-輸出軸，7-轉(zhuǎn)向器，8-轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)，9-車輪，10-EPS系統(tǒng)控制裝置。如圖1所不,一種用于電動汽車的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),包括轉(zhuǎn)向盤1、輸入軸2、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角傳感器3、助力電機(jī)4、減速機(jī)構(gòu)5、輸出軸6、轉(zhuǎn)向器7、轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)8和EPS系統(tǒng)控制裝置10等。其中轉(zhuǎn)向盤1、輸入軸2、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角傳感器3、減速機(jī)構(gòu)5、輸出軸6、轉(zhuǎn)向器7、轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)8依次機(jī)械聯(lián)接，助力電機(jī)通過傳動軸與減速機(jī)構(gòu)5聯(lián)接，EPS系統(tǒng)控制裝置10通過電線與助力電機(jī)相連，EPS系統(tǒng)控制裝置10還與轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角傳感器、車速傳感器3和電池通過電線聯(lián)接。由于EPS系統(tǒng)控制裝置10要實(shí)時監(jiān)測電池電量，所以EPS系統(tǒng)控制裝置10還與整車中央控制單元通過CAN總線相連。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作時，助力電機(jī)經(jīng)減速機(jī)構(gòu)放大的扭矩與駕駛員施加在轉(zhuǎn)向盤的扭矩共同疊加在轉(zhuǎn)向器上，再經(jīng)傳動機(jī)構(gòu)傳遞到車輪，使車輪按照駕駛員的意愿轉(zhuǎn)向。助力電機(jī)輸出的扭矩由EPS系統(tǒng)控制裝置10決定，EPS系統(tǒng)控制裝置10根據(jù)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)角信號和車速信號并結(jié)合助力特性輸出控制信號給助力電機(jī)功率驅(qū)動模塊，功率驅(qū)動模塊輸出載有驅(qū)動功率的脈寬調(diào)制PWM信號給助力電機(jī),助力電機(jī)輸出對應(yīng)的助力扭矩。再來參考圖2,圖中:CAN模塊表不總線通信模塊,PWM表不脈寬調(diào)制信號,M+表不助力電機(jī)接線正端，M-表示助力電機(jī)接線負(fù)端。如圖2所示，電動汽車電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制裝置10，包括電源模塊、信號處理模塊、中央控制模塊、CAN模塊、電池電量測量模塊和功率驅(qū)動模塊。EPS系統(tǒng)控制裝置以中央控制模塊為中心，電源模塊、信號調(diào)理模塊、CAN模塊、電池電量測量模塊和功率驅(qū)動模塊分別與之相連接。EPS系統(tǒng)控制裝置接收到點(diǎn)火信號后，電源模塊工作，輸出其他各模塊所需的電壓，同時中央控制模塊上電復(fù)位，對各寄存器端口初始化，進(jìn)入自檢步驟，如果檢測到故障，則跳出，重新進(jìn)入自檢步驟，如果故障持續(xù)大于I秒，則結(jié)束；如果沒有故障，繼續(xù)往下運(yùn)行，循環(huán)等待直到檢測到檔位信號跳出循環(huán)繼續(xù)往下運(yùn)行，下一步讀取CAN總線中電動汽車電池的電量信息，如果電量充足，助力電流按照正常值輸出，相反如果電量不足(本發(fā)明以低于整體電量20%作為閾值)，減小助力系數(shù)使助力電流減小，然后進(jìn)行轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)角信號、車速信號處理，根據(jù)上述處理過的信號判斷轉(zhuǎn)向工作情況并結(jié)合助力特性輸出目標(biāo)電流值，助力特性是指轉(zhuǎn)向盤輸入轉(zhuǎn)矩、車速與目標(biāo)電流之間的關(guān)系，其中涉及助力系數(shù)，通過調(diào)整助力系數(shù)可以改變目標(biāo)電流的大小，接著將目標(biāo)電流值與實(shí)際電流值的差值經(jīng)過PID(比例-積分-微分)運(yùn)算得到PWM信號的占空比，將PWM信號輸入功率驅(qū)動模塊以控制助力電機(jī)，至此結(jié)束一次循環(huán)，再次跳轉(zhuǎn)到自檢步驟執(zhí)行下一次循環(huán)。本發(fā)明雖然以電動汽車為實(shí)施例，但是同樣適用于其他不以發(fā)動機(jī)為轉(zhuǎn)向能源的新能源汽車，如混合動力汽車等。以上實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種用于電動汽車的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)向盤、輸入軸、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角傳感器、助力電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、輸出軸、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)、電動助力轉(zhuǎn)向EPS系統(tǒng)控制裝置，其特征在于: 轉(zhuǎn)向盤、輸入軸、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角傳感器、減速機(jī)構(gòu)、輸出軸、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)依次機(jī)械聯(lián)接，助力電機(jī)通過傳動軸與減速機(jī)構(gòu)聯(lián)接，EPS系統(tǒng)控制裝置通過電線與助力電機(jī)相連，所述EPS系統(tǒng)控制裝置還與轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角傳感器、車速傳感器和電池通過電線聯(lián)接。
2.如權(quán)利要求1所述用于電動汽車的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其中所述EPS系統(tǒng)控制裝置還與電動汽車的中央控制單元通過CAN總線相連，接收所述電動汽車電池電量信號。
3.如權(quán)利要求1所述用于電動汽車的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，所述EPS系統(tǒng)控制裝置接收電動汽車檔位信號。
4.如權(quán)利要求3所述用于電動汽車的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其中只有在所述電動汽車掛入前進(jìn)擋或者倒車檔時，觸發(fā)所述EPS系統(tǒng)控制裝置。
5.如權(quán)利要求3所述用于電動汽車的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征在于:，所述EPS系統(tǒng)控制裝置根據(jù)接收到的電池電量信號計(jì)算出助力系數(shù)使助力電機(jī)輸出的助力能隨電池電量的大小而變化。
6.如權(quán)利要求3所述用于電動汽車的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng),所述電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)工作時，助力電機(jī)經(jīng)減速機(jī)構(gòu)放大的扭矩與駕駛員施加在轉(zhuǎn)向盤的扭矩共同疊加在轉(zhuǎn)向器上，再經(jīng)傳動機(jī)構(gòu)傳遞到車輪，使車輪按照駕駛員的意愿轉(zhuǎn)向。
7.一種用于電動汽車的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制裝置，其包括電源模塊、信號處理模塊、中央控制模塊、CAN模塊、電池電量測量模塊和功率驅(qū)動模塊，EPS系統(tǒng)控制裝置以中央控制模塊為中心，電源模塊、信號調(diào)理模塊、CAN模塊、電池電量測量模塊和功率驅(qū)動模塊分別與之相連接，其特征在于: 電源模塊，用于給所述控制裝置中其他各模塊提供所需的電壓； 信號處理模塊，用于接收檔位信號以及轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)角信號、車速信號，并將處理后的信號傳送給中央控制模塊； 電池電量測量模塊，用于測量所述電動汽車的電池的剩余電量； 功率驅(qū)動模塊，根據(jù)從中央控制模塊的輸出信號，調(diào)整助力電機(jī)的輸出功率。
8.如權(quán)利要求7所述用于電動汽車的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制裝置，其中所述中央控制模塊的輸出信號包括根據(jù)上述信號處理模塊處理過的信號判斷轉(zhuǎn)向工況并結(jié)合助力特性輸出目標(biāo)電流值，接著將目標(biāo)電流值與實(shí)際電流值的差值經(jīng)過比例-積分-微分PID運(yùn)算得到脈寬調(diào)制信號PWM信號的占空比。
9.一種用于電動汽車的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制方法，其包括: 步驟一、進(jìn)行故障檢測，如果檢測到故障，并持續(xù)大于I秒，則結(jié)束，否則向下執(zhí)行步驟-* ; 步驟二、當(dāng)檢測到檔位信號時，則執(zhí)行步驟三； 步驟三、獲取電動汽車電池的電量信息，如果電量充足，助力電流按照正常的大小計(jì)算，相反如果電量不足，減小助力系數(shù)使助力電流減?。? 步驟四、對轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)角、車速信號進(jìn)行處理； 步驟五、根據(jù)上述處理過的信號判斷轉(zhuǎn)向工況并結(jié)合助力特性輸出目標(biāo)電流值，接著將目標(biāo)電流值與實(shí)際電流值的差值經(jīng)過比例-積分-微分PID運(yùn)算得到脈寬調(diào)制信號PWM信號的占空比，將PWM信號輸入 功率驅(qū)動模塊,從而對助力電機(jī)進(jìn)行控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于電動汽車的電動助力轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)、裝置及其方法，轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)向盤、輸入軸、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角傳感器、助力電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、輸出軸、轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)和電動助力轉(zhuǎn)向EPS系統(tǒng)控制裝置，轉(zhuǎn)向盤、輸入軸、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角傳感器、減速機(jī)構(gòu)、輸出軸、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機(jī)構(gòu)依次機(jī)械聯(lián)接，助力電機(jī)通過傳動軸與減速機(jī)構(gòu)聯(lián)接，EPS控制裝置通過電線與助力電機(jī)、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)角傳感器、車速傳感器和電池通過電線聯(lián)接，EPS控制裝置還與整車控制裝置通過CAN總線相連。本發(fā)明電動汽車EPS以檔位信號為觸發(fā)信號，只有在電動汽車掛入前進(jìn)擋或者倒車檔時，控制裝置才會被觸發(fā)，避免在原地反復(fù)轉(zhuǎn)動方向盤導(dǎo)致輪胎磨損和電池電量無用消耗。
文檔編號B62D5/04GK103112491SQ20121058621
公開日2013年5月22日 申請日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者唐斌, 江浩斌, 耿國慶, 袁朝春, 馬世典 申請人:江蘇大學(xué)